Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Тенденции и направления развития современных автоматизированных систем 18
1.1 Специфика исследования свойств автоматизированных систем 19
1.2 Анализ потребительских свойств современных и перспективных АС 21
1.3 Сегментация рынка современных автоматизированных систем. Критерии классификации. Тенденции и прогнозы развития концепций развития автоматизированных систем 24
1.4 Анализ методологических подходов к вопросам построения автоматизированных систем 27
1.5 Подходы к построению информационного обеспечения АС 30
1.6 Инструментарии построения программного обеспечения 33
1.7 Выводы 37
Глава 2 Сценарно - ситуационный подход (ССП) к вопросам построения мультиагентных средств интеллектуальной поддержки автоматизированных систем 40
2.1 Причины появления средств интеллектуальной поддержки автоматизированных систем 41
2.2 Состав и структура системы агентов 43
2.3 Принципы разработки мультиагентных средств интеллектуальной поддержки автоматизированных систем 48
2.4 Модели агентного и сценарно-ситуационного подхода 53
2.4.1 Динамическая модель функционирования автоматизированной системы 53
2.4.2 Конфликты между агентами 58
2.4.3 Соответствие модели системе аксиом Калмана 60
2.4.4 Агенты поддержки жизненного цикла сценария. 64
2.4.5 Рабочая технологическая модель 67
2.5 Применение ССП при реализации объектно-ориентированного программного обеспечения 72
2.6 Проектирование базы знаний системы управления транспортным узлом при помощи сценарно-ситуационного подхода 76
2.7 Выводы 82
Глава 3 Методология построения средств интеллектуальной поддержки 84
3.1. Средства логистической поддержки работы автоматизированной системы 85
3.2. Алгоритмический комплекс логистического обеспечения работы автоматизированной системы 91
3.2.1 Алгоритмы работы агента логистической проверки генерируемой последовательности событий 91
3.2.2 Процедуры идентификации и преодоления аварийных ситуаций при реализации сценария функционирования автоматизированной системы 95
Часть 2
3.2.3 Итерационный алгоритм преодоления аварийных ситуаций в сценариях функционирования автоматизированной системы 102
3.2.4 Функциональная схема, концептуальные модели и обобщенные алгоритмы работы инструментариев логистического обеспечения АС 105
3.3 Построение системы статистики функционирования автоматизированной системы с использованием моде ли дискретных процессов с дискретными состояниями 114
3.3.1 Построение статистического портрета концептуальной единицы - типовой задачи при помощи стохастической матрицы 114
3.3.2 Учет ограничений процесса концептуального конструирования сценария из элементов порождающего множества событий 119
3.4 Агенты поддержки задач выбора 122
3.5 Выводы 125
Глава 4 Практические вопросы применения методологии построения средств интеллектуальной поддержки работы автоматизированных систем 126
4.1 Обеспечение преемственности в последовательности этапов проектирования при помощи рабочей технологической модели 127
4.2 Этапы проектирования средств интеллектуальной поддержки 131
4.3 Проверка корректности формирования БЗ средств интеллектуальной поддержки 153
4.4 Выводы 164
Глава 5 Разработка инструментариев построения средств интеллектуальной поддержки функционирования автоматизированных систем 165
5.1. Состав и структура инструментального комплекса автоматизации проектирования средств интеллектуальной поддержки SCS Base 167
5.2. Применение сценарно-ситуационного подхода для проектирования систем инструментария 180
5.3 Проектирование интерпретатора последовательности событий - ядра средств поддержки сценариев 183
5.4 Выводы 233
Глава 6 Использование сценарно-ситуационного подхода для построения автоматизированных систем в менеджменте, систем интеллектуальных датчиков, программно-аппаратных комплексов 236
6.1. Особенности использования сценарно-ситуационного подхода для построения автоматизированных систем поддержки менеджмента 238
6.2. Требования к перспективным техническим средствам поддержки функционирования систем современного менеджмент 242
6.3. Типовая структура мобильной интеллектуальной среды и схема организации информационного обмена между элементами мобильной интеллектуальной среды 254
6.4. Построение систем мониторинга на базе мобильных интеллектуальных датчиков 260
6.5. Сценарно-ситуационный подход и современные подходы к вопросам создания программно-аппаратных комплексов 268
6.6 Универсальность сценарно-ситуационного подхода 277
6.7 Выводы 281
Основные результаты и выводы 283
Список использованной литературы 285
П1 Список используемых сокращений 323
П2 Алгебра ситуационных портретов 326
П 3 Сравнительный анализ сценарно-ситуационного подхода с аналогами 330
П4 Применение результатов диссертации 339
П5 Документы, подтверждающие внедрение результатов исследования 358
- Специфика исследования свойств автоматизированных систем
- Процедуры идентификации и преодоления аварийных ситуаций при реализации сценария функционирования автоматизированной системы
- Состав и структура инструментального комплекса автоматизации проектирования средств интеллектуальной поддержки SCS Base
- Универсальность сценарно-ситуационного подхода
Введение к работе
Актуальность работы. Бурное развитие автоматизированных систем (АС) характеризуется их активным проникновением в предметные области (ПО), которые сегодня являются сравнительно новыми. Расширение предметных областей применения АС привело к детализации разбиения систем по проблемным признакам. В дополнение к общеизвестным крупным классам (САПР, АСНИ, системы мониторинга и управления) появились важные подклассы: -центры ситуационного управления;
-PDM [Product Data Management] — системы управления данными об изделии; -PLM [Product Lifecycle Management] — системы управления жизненным циклом изделия; -ERP [Enterprise Resource Planning] — системы управления ресурсами предприятия; -SCM [Supply Chain Management] — системы управления поставками, логистические центры, центры дистанционной диагностики изделий и другие. Расширение сферы применения АС преобразовало целые отрасли (банковское дело, биржевые торги и др.). Новые предметные области использования автоматизированных систем определили перечень потребительских качеств современных программно - аппаратных комплексов, которые делают их востребованными пользователями.
Отметим, что новые ПО проектирования и эксплуатации АС унаследовали от традиционных сфер применения автоматизированных систем (типа САПР, АСУ, АСНИ и др.) такие качества, как гетерогенность, многосвязанность сценария работы системы, разнообразие моделей представления процессов в программно - аппаратном комплексе, отсутствие достоверных исходных данных для реализуемых процедур, наличие интерактивных ошибок пользователей, постоянное изменение структуры и параметров описания среды функционирования, уникальность, мультицелевой характер функционирования АС, оптимальность в смысле некоторых критериев, динамичность, неполнота описания, наличие свободы воли. Сочетание стационарных и мобильных частей - элементов системы является новым качеством. Оно возникло из - за проникновения систем подвижной связи в предметную область применения автоматизированных систем. Сегодня становится очевидным, что перспективные системы должны ориентироваться на использование инструментариев мобильной связи и учитывать специфику их использования в России.
Исследование сегментов рынка АС позволило сформулировать перечень требований к современным автоматизированным системам, которые являются факторами успеха внедрения и тиражирования разработки на современном рынке программных продуктов. Опишем их множеством типовых внутрисистемных задач TT = {tt\, ... ,tt\4}, которые решает АС:
-описание концептуальных единиц - элементов построения автоматизированной
системы и ассоциативных связей между ними (ttl);
- администрирование доступа к ресурсам AC (#2);
-формирование индивидуального способа символьного описания концептуальных единиц (й^);
-выбор типовой задачи (tt1 );
-выбор типового сценария (tt1);
-выбор сценария, заранее сформированного пользователем, из библиотеки (tt1 );
-формализация последовательности событий нетипового сценария (tti); -выделение и разрешение конфликтов (tt1);
-анализ и разрешение аварийной ситуации (tt1 ); -интерпретация последовательности событий сценария (#ю); -верификациярезультатов (tt^); -протоколирование (#12);
-мониторинг процесса функционирования АС (#із);
-сбор статистики о процессе функционирования автоматизированной системы (ttl4). Выделим во множестве TT = {tt\, ... ,#14}подмножество элементов, которые
составляют интеллектуальное ядро средств поддержки работы АС. Эти элементы в приведенном выше списке отмечены верхним индексом «І».
Анализ элементов множества ТТ позволяет сделать вывод о гетерогенном характере рассматриваемого множества ТТ = {Щ, ... ,#14}- Оно постоянно расширяется. По последним данным во множество ТТ можно ввести элементы: -поддержки механизма нечеткого вывода при реализации сценария функционирования системы (#15);
-планирования оптимального варианта использования ресурсов на базе аппарата нечетких множеств (#16);
-организации защиты информации при помощи шифрования (#п)-
Отметим, что рассматриваемое множество ТТ будет пополняться новыми элементами и в дальнейшем. Проникновение средств автоматизации в новые предметные области привело к методологическому вакууму: традиционные концепции и подходы к проектированию, пуску, отладке, эксплуатации, модификации и расширению систем необходимо пересмотреть с целью учета специфики новых сегментов рынка.
Перспективные концептуальные подходы и системы категорий должны быть понятны в равной степени как специалистам технического блока, так и финансистам, менеджерам, маркетологам. Они должны ориентироваться на дальнейшее взаимопроникновение и слияние средств автоматизации труда с технологическими процессами.
Данная работа посвящена проблеме развития классических подходов к вопросам проектирования автоматизированных систем для построения программно - аппаратных систем, способных удовлетворять требованиям новых и перспективных ПО.
Цель диссертационной работы заключается в разработке и совершенствовании теоретических основ построения средств интеллектуальной поддержки (ИП), разработке методов, моделей, алгоритмов и информационных технологий проектирования мультиагентных средств ИП для повышения эффективности работы АС и улучшения их работоспособности и характеристик надежности.
Для достижения сформулированной цели были решены следующие задачи:
-осуществлён анализ подходов, методов, моделей и инструментариев построения автоматизированных систем в различных ПО для определения комплекса требований к перспективным АС;
-сформирована теоретическая основа построения мультиагентных средств ИП проектирования и сопровождения АС;
-разработана динамическая модель описания процессов в АС;
-исследован процесс функционирования АС, оснащенной средствами интеллектуальной поддержки, и предложена модель описания процесса реализации типовых сценариев при помощи простых Марковских цепей;
-разработан сценарно - ситуационный подход (ССП) к вопросам построения средств ИП;
-на базе логистической составляющей ССП сформирован алгоритмический комплекс профилактики возникновения и преодоления аварийных ситуаций в АС;
-предложены алгоритмы функционирования средств интеллектуальной поддержки автоматизированных систем и способы проектирования моделей информационного обеспечения (баз знаний и баз данных);
-создана методология построения автоматизированных систем с мобильными элементами, которые используют системы подвижной связи и учитывают специфику их реализации в России;
-выполнено позиционирование сценарно - ситуационного подхода среди современных подходов и осуществлен анализ влияния ССП на процесс создания программного и информационного обеспечения АС.
Объектом исследования стали проблемные и предметные области АС, методологии проектирования и поддержки автоматизированных систем, а также инструментальные средства и технологии их построения.
Предметом исследования являются: подходы к построению автоматизированных систем и инструментариев, теория случайных процессов, теория систем, методы выделения некорректных логистических цепочек и их коррекции, методы организации и поддержки целостности баз данных и баз знаний, способы реализации процедур решения множества взаимосвязанных внутрисистемных задач, особенности развития систем подвижной связи в России и маркетинговые прогнозы их развития, методы построения автоматизированных систем управления и мониторинга при помощи мобильных сетей.
При выполнении работы использовались следующие методы проведения исследований: идеи ситуационного подхода в теории управления и менеджменте, концепции логистики, алгебраические системы, методы и модели проектирования
систем банков и баз данных, аппарат диаграмм «сущность - связь», аппарат правил продукций, сети фреймов, шаблоны проектирования.
Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов обеспечивается преемственностью с апробированными теоретико - практическими подходами к вопросам построения автоматизированных систем, соответствием полученных теоретических положений с практическими результатами проектирования и поддержки автоматизированных систем. Правильность полученных результатов подтверждена практическим использованием инструментариев, построенных при помощи предложенной методологии. Все теоретические результаты диссертации согласуются с современными научными представлениями и данными отечественных и зарубежных информационных источников, а также подтверждаются их представительным обсуждением в научных изданиях и выступлениях на научных конференциях международного и российского уровней. Основные технические решения внедрены в производство.
Научная новизна работы состоит в том, что представлена методология проектирования и поддержки автоматизированных систем, основанная на мультиагент-ном подходе к вопросам построения средств интеллектуальной поддержки жизненного цикла сценариев работ. Основными элементами новизны являются:
1. Динамическая модель описания работы АС, которая предназначена для
представления процессов, протекающих в автоматизированной системе при реали
зации сценария. Модель отличается от известных акцентом на описание логистиче
ской составляющей поддержки процесса реализации сценария.
-
Логистический подход (ЛП) к части интеллектуальных проблем, связанных с поддержкой сценария на всех этапах его ЖЦ. Подход предназначен для минимизации рисков появления аварийных ситуаций в автоматизированных системах. Он позволяет строить АС с характеристиками повышенной надежности работы в условиях турбулентного изменения внешней и внутренней среды. ЛП отличается от аналогов использованием в явном виде аппарата логистических цепей для предотвращения аварийных ситуаций и построения алгоритмов их преодоления.
-
Сценарно-ситуационный подход к вопросам проектирования и поддержки средств ИП, направленный на создание типовой последовательности моделей и этапов проектирования. Подход отличается от аналогов использованием логистической составляющей в качестве инструмента интеграции сценарной и ситуационной части в единый теоретический подход.
-
Механизм поддержки преемственности моделей этапов проектирования АС, предназначенный для автоматизации создания информационного обеспечения средств ИП при помощи процесса заполнения шаблонов проектирования информацией описания предметной области. Данный механизм отличается от аналогов наличием объектно-ориентированной рабочей технологической модели системы понятий ССП, аппарата ситуационных портретов и системы операций над ними-ситуационной алгебры.
-
Способ проверки корректности проектируемого информационного обеспечения, основанный на построении деревьев логистических цепей. Способ предназначен для выявления и устранения ошибок на начальных этапах проектирования информационного обеспечения и отличается от аналогов использованием логисти-
ческого подхода к вопросам оценки корректности системы элементов порождающего сценарии множества событий.
-
Концепция мобильной интеллектуальной среды управления организацией, которая учитывает специфику и перспективы развития средств подвижной связи в России. Описаны типовые решения построения элементов мобильной интеллектуальной среды. Концепция отличается от аналогов ориентацией на интеграцию мобильных терминалов с центрами ситуационного управления для использования последних в качестве средств интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений. Так же сформулированы принципы построения систем мобильных интеллектуальных датчиков, которые являются распространением концепции мобильной интеллектуальной среды в проблемную область построения систем измерения и мониторинга.
-
Определение агента и принципы построения мультиагентных систем, предназначенные для проектирования средств ИП работы АС, которые отличаются от аналогов из других проблемных областей акцентом на поддержку ЖЦ сценариев работы и наличием специализированного инструментария разрешения конфликтов между агентами.
Основные положения, выносимые на защиту:
-
Динамическая модель процессов в автоматизированной системе.
-
Способ построения и поддержки функционирования автоматизированных систем при помощи мультиагентных средств ИП.
-
Сценарно - ситуационный подход к вопросам исследования предметной области, проектирования, внедрения и сопровождения средств интеллектуальной поддержки автоматизированных систем на протяжении их жизненного цикла.
-
Модель в форме однородной цепи Маркова для описания реализации типовых сценариев в АС, оснащенных средствами логистической поддержки жизненного цикла сценария работы. Модель является основой работы агента сбора статистики о процессе функционирования АС.
5. Система взаимосвязанных моделей - итогов этапов проектирования АС.
Предложен способ поддержки преемственности этапов проектирования, который
основан на использовании рабочей технологической модели.
6. Логистический подход к вопросам обеспечения работы автоматизированной
системы в условиях постоянного изменения ее внешней и внутренней среды.
-
Алгоритмы предотвращения аварийных ситуаций в автоматизированных системах и их преодоления.
-
Сценарно - ситуационный подход к вопросам проектирования и отладки систем объектов при программировании.
-
Способы построения мобильных систем в форме:
- мобильной интеллектуальной среды (в менеджменте);
- системы мониторинга на базе мобильных интеллектуальных датчиков.
Практическая ценность работы, выполненной в рамках НИР по заказ-
наряду Министерства образования и науки РФ на 2000 - 2003 г., «Разработка теории
интеллектуальных систем проектирования отказоустойчивых устройств передачи и
обработки информации», per. № 1.233.98Ф, заключается в следующих положени
ях:
-
Разработанные агентный и сценарно - ситуационный подход доведены до инженерных решений в виде методик, последовательности проектных процедур, сопутствующих им типовых информационных моделей.
-
Выделено множество типовых проектных решений, которые воспроизводятся при разработке АС с использованием ССП.
-
Разработаны рекомендации по применению ССП в качестве целевой надстройки над объектно - ориентированным подходом для преодоления недостатков последнего.
-
Сформирован мультиагентный инструментальный комплекс SCS Base (Scenario Contingency System Software Base - основа сценарно-ситуационной системы) в форме скелетной оболочки - интегратора. С ее помощью автоматизируется процесс создания и сопровождения ИП. Форма реализации инструмен-тариев позволяет безболезненно включать в SCS Base программные агенты решения задач в ПО построения автоматизированной системы. После генерации АС инструментарии проектирования переносятся в автоматизированную систему, что облегчает процесс внедрения, сопровождения и модификации системы на протяжении всего жизненного цикла проекта.
-
Разработано НОУ - ХАУ «Методика построения и передачи ситуационного описания при помощи мультимедийных образов и системы сопутствующих количественных параметров» (регистрационный документ «НОУ - ХАУ №21/НХ» от 10 июня 2007 года в ООО Технический центр «ИНФ -ЭКСПРЕСС г. Нижний Новгород»).
Реализация и внедрение работы. Теоретические и прикладные результаты диссертационной работы внедрены:
ООО ТЕКОМ при разработке программного обеспечения для проектов в области цифровой связи;
ОАО Диатех - при проектировании программного обеспечения систем дистанционной диагностики;
в НИИ Проблем Энергетики - при создании комплекса виброакустического контроля;
в учебном процессе Нижегородского государственного технического университета им. Р.Е. Алексеева.
Апробация результатов работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно - технических семинарах и конференциях:
-Всесоюзная научно-техническая конференция «Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств», Тамбов, 1989;
-Всесоюзный научно-технический семинар «Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини и мик-ро ЭВМ» , Воронеж, 1989;
-Региональный научно-технический семинар «Разработка и эксплуатация САПР в радиоэлектронике» , Челябинск, 1989;
-Научно-техническая конференция «Молодые ученые - производству радиоэлектронной промышленности», Горький, 1989;
-IX научная конференция молодых ученых и специалистов Волго-Вятского региона, Горький, 1989;
- Научно-технический семинар «Практика применения баз данных для решения научно-поисковых задач и задач управления», Пенза, 1989;
-II Всероссийская конференция «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования», Тамбов, 1991;
-IV Всероссийская конференция «Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования», Тамбов, 1995;
-XI Международная конференция «Проблемы теоретической кибернетики», Ульяновск, 1996;
-Научно-техническая конференция факультета радиоэлектроники и технической кибернетики (НГТУ), Н.Новгород, 1996;
-Научно-техническая конференция факультета радиоэлектроники и технической кибернетики (НГТУ), Н.Новгород, 1997;
-Научно-техническая конференция факультета информационных систем и технологий НГТУ, Н.Новгород, 1998;
-V Всероссийская научно-практическая конференция «Менеджмент 21 века» (НГТУ), Н. Новгород, 2003;
-VI Международный конгресс математического моделирования, Н. Новгород, 2004;
-Региональная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы и перспективы развития железнодорожного транспорта», Самара, 2004;
-Региональная научно-практическая конференция «Проблемы корпоративного управления на железнодорожном транспорте», Москва, 2004;
-VIII Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» (секции Информатика и Экономика), Сочи, 2005;
-Международные научно-технические конференции «Информационные системы и технологии» (ИСТ), Нижний Новгород, 2006 - 2009;
-XI Международная научно-практическая конференция «Информационные технологии на железнодорожном транспорте» («Инфотранс-2006»), Санкт-Петербург, 2006;
-IX Международная научно-практическая конференция "Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики" (секции Информатика и Экономика), Сочи, 2006;
-V Юбилейная Международная научно-практическая конференция «Телекоммуникационные и информационные технологии на транспорте России» (ТелекомТранс-2007), Сочи, 2007;
-VI Международная молодежная научно-техническая конференция, посвященная 90-летию НГТУ «Будущее технической науки», Н.Новгород, 2007;
-VIII Международный симпозиум «Интеллектуальные системы» (INTELS'2008), Нижний Новгород, 2008.
Публикации. При выполнении научных исследований с 1986 года опубликовано 70 работ. Из них 14 научных статей в межвузовских сборниках научных трудов, 14 - в журналах, рекомендуемых ВАК для оформления докторских диссертаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Список литературы включает 345 наименований. Объем работы без учета приложений составляет 327 страниц машинописного текста.
Специфика исследования свойств автоматизированных систем
Автоматизированные системы (АС) — явление сложное и многогранное. С одной стороны, АС является специфическим видом товара, который обладает набором потребительских качеств, позиционируется на рынке и может быть предметом маркетинговых исследований. С другой стороны, автоматизированную систему рассматривают как программно-аппаратный комплекс, который строится при помощи определенной методологии и инструментариев.
Отметим, что методология и инструментарии построения АС воздействуют на потребительские качества автоматизированных систем, что превращает их в один из важных факторов успеха системы на рынке. Сами системы сегодня активно формируют новые запросы пользователей и, через них, определяют направление развития человеческого общества.
Все это позволяет охарактеризовать АС как многогранное явление, требующее для исследования системного подхода с привлечением маркетинговых, методологических и инструментальных составляющих.
На рис. 1.1 рассматривается иерархическая система граней анализа АС, которая позволяет выделить важнейшие тенденции развития рассматриваемой проблемной области.
Высшим уровнем в предложенной системе факторов является маркетинг. Исследования требований этого уровня позволяют выделить набор потребительских свойств современных и перспективных АС, которые определяют маркетинговую привлекательность автоматизированной системы. Отметим, что запросы потребителей становятся быстро меняющимся фактором и эта тенденция сохранится в обозримом будущем.
Следующим уровнем исследований является описание сегментов рынка современных АС. Эта классификация изоморфна классификации основных направлений развития современных систем. Она охватывает предметные области применения АС и сопутствующие типовые задачи. Третий уровень анализа - совокупность методологических подходов к построению автоматизированных систем, которые используются для решения комплекса научно-технических задач проектирования и сопровождения АС. В рамках этого уровня АС классифицируются по фундаментальным методологическим подходам, которые сегодня определяют процесс создания и функционирования всех видов обеспечения АС. Отметим, что важнейшими из семи видов обеспечений являются программное и информационное обеспечения. Их характеризует сильное взаимопроникновение. Эти два вида обеспечений наиболее трудоемки при создании и сопровождении любого программно-аппаратного комплекса. Поэтому они всегда являлись объектом пристального внимания практиков и теоретиков проектирования автоматизированных систем.
Четвертый уровень - инструментарии построения современных программных и информационных комплексов. Это самый низкий машинно-ориентированный уровень - фундамент исследований. Он отображает методологии, технологии и тенденции построения различных видов обеспечений современных программных и информационных систем.
Проведем анализ тенденций развития современных АС для каждого из выделенных уровней.
Маркетинговые исследования рынка современных автоматизированных систем проводятся с целью выделения списка сервисных функций-опций, которые определяют требования потребителей к современным АС. В качестве методов исследования использовались [1]:
- интервьюирование разработчиков и пользователей современных и перспективных автоматизированных систем;
- анализ потребительских свойств:
различных типов автоматизированных систем;
инструментариев построения
информационного и программного обеспечения АС.
Процедуры идентификации и преодоления аварийных ситуаций при реализации сценария функционирования автоматизированной системы
Для выделения факта появления аварийной ситуации в автоматизированной системе и ее преодоления разработана система агентов. Каждый элемент этой системы работает по определенному алгоритму. Рассмотрим их подробнее.
Для определения корректности данных, необходимых для реализации процедур события сценария- предлагается алгоритм А2 (таблица 2.1). Каждому событию Sj порождающего сценарии множества событий соответствует множество параметров. Параметр к идентифицируется при помощи идентификатора IDinput . Алгоритм представлен рис.3.7..
Первым шагом алгоритма определения факта возникновения «аварийной ситуации» является формирование идентификаторов входных параметров события. Это осуществляется непосредственно перед инициализацией процедур-потребителей данных. Затем для каждого параметра выделяется множество соответствующих процедур проверки. Следующим шагом является проверка на корректность каждого входного параметра. Еслшвсе параметры сформированы корректно, то реализуются процедуры события. Ш противном случаев осуществляется» констатация факта «аварийной ситуации» и формируется корректирующий параметры сценарий.
Рассмотрим подходы к генерации сценариев разрешения «аварийной ситуации» в автоматизированной, системе. Самым простым способом организации работы агента (алгоритм, обозначенный АЗІ в таблице 2.1), является использование специализированной библиотеки. В ней каждому параметру ставится в соответствие: формальное описание последовательности событий; Описание последовательности событий осуществляется при? помощи математической модели (продукционной системы [309], матриц смежности, инцидентности и др.). Рассмотренный алгоритм легко реализуем и не требует для своей реализации сложного информационного обеспечения. Недостатком алгоритма является его высокая трудоемкость. Для его реализации необходимо формализовать все сценарии корректировки параметров для каждого элемента порождающего сценарии множества событий.
Рассматриваемый на рис.3.8 алгоритм корректен для АС, у которых большая часть событий ориентирована на сбор информации. Как правило, событие сценария в таких системах формирует один параметр (или группу параметров). По идентификатору аварийного параметра можно определить множество событий, которые его формируют. Поиск события S і осуществляется по элементам множества идентификаторов выходных параметров IDO}. Последовательно применяя процедуру для каждого несформированного параметра, получим корректирующий сценарий в форме цепочки событий класса «линейное продолжение» (рис.3.4). Каждый элемент в этой цепочке событий корректирует конкретный элемент множества аварийных параметров события.
Отдельной модификацией описанного подхода является формирование сценария «вручную» пользователем (алгоритм работы агента А32 в таблице 2.2). При этом подходе АС своими процедурами самоанализа непосредственно перед реализацией процедур события осуществляет проверку корректности всех входных параметров события. В случае наличия «аварийной ситуации» средства самоконтроля формируют множество некорректных входных параметров. Формирование последовательности событий разрешения «аварийной ситуации» перекладывается на плечи пользователя АС. Сформированный таким образом корректирующий сценарий используется для преодоления «аварийной ситуации». Затем он помещается в библиотеку сценариев с целью использования при повторном возникновении в системе подобной «аварийной ситуации».
Описанные алгоритмы логистического , обеспечения процесса функционирования АС хорошо себя зарекомендовали при системном применении всех предложенных процедур. Рис.3.9 представлен обобщенный алгоритм использования разработанных процедур логистического обеспечения процесса функционирования АС.
Состав и структура инструментального комплекса автоматизации проектирования средств интеллектуальной поддержки SCS Base
Эта глава посвящена разработке инструментариев построения средств интеллектуальной поддержки автоматизированных систем. Описываются этапы проектирования подсистем инструментария.
Разработанный мультиагентный инструментальный комплекс SCS - Base получил название от аббревиатура: scenario-contingent system (сценарно-ситуационная система) и традиционное для подобного класса инструментариев окончание Base (основа).
При выборе предметной области использования инструментариев предпочтение отдано наиболее доступным операционным системам:
-Windows 2003 Server использовался для организации серверной части системы;
-Windows ХР - для клиентской части.
Программирование информационного обеспечения осуществляется при помощи хорошо зарекомендовавшей себя сетевой СУБД MS SQL Server 2005. Программное обеспечение ориентировано на инструментальную систему Vs.Net 2005, которая поддерживает интеграцию с СУБД MS SQL Server 2005 и имеет мощные средства отладки, оснащена хорошей информационной поддержкой и в своей работе практически не имеет незапротоколированных особенностей.
Очевидно, что система агентов SCS - Base может быть реализована на базе другой операционной системы, инструментальной системы программирования и СУБД.
В качестве формы реализации инструментария построения средств автоматизации реализации средств интеллектуальной поддержки выбрана скелетная оболочка. Эта форма инструментариев традиционна для предметной области искусственного интеллекта и хорошо себя зарекомендовала.
Инструментальный комплекс на этапе генерации системы заполняется информацией о предметной области функционирования АС. После этого он присоединением библиотек проблемно-ориентированных модулей и компиляцией трансформируется в автоматизированную«систему. При создании программного обеспечения элементы скелетной оболочки меняют статус. Система трансформируется из инструментария создания программного и информационного обеспечения в средство, сопровождения и поддержки работы АС на протяжении всего жизненного цикла системы.
Схематично процесс генерации программного обеспечения при помощи скелетной оболочки представлен рис.5 .1 .
Отметим, что инструментарий SCS - Base используется при генерации программного обеспечения на конечных стадиях проектирования автоматизированной модели. Для его применения необходимо спроектировать рабочую технологическую модель и перейти от нее к машинно-ориентированному описанию предметной области построения системы (описаны в четвертой главе).
На начальных стадиях проектирования АС можно применять средства исследования и моделирования предметной области, которые стали традиционными (например, CASE-технологии).
Выбранные для построения комплекса SCS - Base инструментарии автоматизируют генерацию автоматизированных систем, функционирующих в IP- сети. Информационное обеспечение в системах, построенных при помощи SCS - Base, хранится централизованно на сервере (рис.5.2). В начале работы клиентского приложения информация, требуемая для его функционирования, «загружается» с сервера в программное обеспечение рабочей станции.
В процессе сеанса рабочая станция обменивается с сервером информацией, позволяющей вести:
- мониторинг работы;
- составлять протокол работы терминала;
- вести статистику работы автоматизированной системы.
Выбранная схема построения и работы АС позволяет в дополнение к инструментариям SCS Base использовать внутрисистемные инструментарии сервера для решения задач администрирования доступа пользователей к ресурсам интерактивной системы.
Серверная часть поддерживает задачи формирования баз данных и знаний, администрирования, мониторинга, протоколирования и ведения статистики.
Клиентская часть комплекса SCS Base ориентирована на решение типовых задач в предметной области функционирования автоматизированной системы. На серверной части хранится вся информация, которая обеспечивает работу системы:
-сведения о клиентах;
-описание рабочей технологической модели предметной области работы системы;
-библиотеки сценариев;
- исходных данных и так далее.
При работе автоматизированной системы клиентская часть использует серверную информацию и помещает на сервер все промежуточные и конечные результаты. Это решение позволяет централизовать процесс администрирования прав доступа пользователей к ресурсам АС. Реализованная схема позволяет эффективно управлять функционированием многопользовательской автоматизированной системы с использованием средств администрирования SCS Base и СУБД - Ms SQL Server 2005.
Практика показывает, что проектирование автоматизированных систем с инструментариями интеллектуальной поддержки приведет к типовой архитектуре, которая представлена рис. 5.3.
На уровне концепции допускаем, что каждый проблемно ориентированный модуль mtG.M реализует совокупность процедур событий st є S, из которых «конструируется» сценарий (типовой, корректирующий или оригинальный /ориентированный на конкретного пользователя/).
Инструментарии интеллектуальной поддержки процесса функционирования АС являются «надстройкой» над рассматриваемыми элементами. Она обеспечивает решение внутрисистемных задач1 ТТ.
Таким образом, задача проектирования АС распадается на:
- задачу реализации множества проблемно-ориентированных модулей;
- задачу проектирования средств интеллектуальной поддержки.
В этом случае методологический интерес представляет проектирование средств интеллектуальной поддержки, которые реализуют:
-поддержку жизненного цикла сценариев функционирования АС;
-исправление некорректных логистических цепочек.
Универсальность сценарно-ситуационного подхода
В пользу универсальности сценарно-ситуационного подхода говорит его применимость в различных предметных областях, важнейшими из которых являются:
-использование подхода и системы понятий рабочей технологической модели на всех этапах проектирования автоматизированных систем. Предложенная методология выполняет функции целевой установки процессов составления технического задания, исследования предметной области, концептуального проектирования, создания машинно-ориентированных моделей, программной реализации, отладки, внедрения и сопровождения проекта;
-полученные при помощи сценарно-ситуационного подхода автоматизированные системы содержат типовые проектные решения. Это открывает возможность разработки инструментариев в форме интеграторов (SCS Base), которые позволяют на системном уровне реализовать все положения разработанной методологии;
-логистический аспект разработанной методологии позволяет на ранних этапах создания систем предотвращать аварийные ситуации. Это ситуации, связанные с некорректным формированием данных, которые необходимы для функционирования автоматизированной системы;
-применение сценарно-ситуационного подхода при реализации программного обеспечения на базе объектно-ориентированных инструментариев позволяет ослабить проблемы ООП, которые порождают процессы конструирования структуры объектов и организации взаимодействия между ее элементами при реализации сценариев решения задач в предметной области функционирования АС. Сценарно -ситуационное программирование (с учетом логистической составляющей) облегчает генерацию проблемно-ориентированных модулей реализации процедур событий - элементов множества S.
Рассмотрим применение сценарно-ситуационного подхода к построению мобильной интеллектуальной среды. Таблицей 6.4 представлен перечень элементов системы и форма использования ССП при его построении.
Описанный спектр применения сценарно-ситуационного подхода подтверждает его универсальный характер. Успех использования методологии заключается в наличии логистического аспекта при проектировании и интерпретации сценариев.
Узким местом разработанной методологии является ограниченная сфера его применения в предметных областях, где трудно выделить типовые ситуации (которые регулярно воспроизводятся). Это системы кризисного управления, системы поддержки ликвидации аварий и другие системы.
